14. Реальные газы и жидкости

А. Реальные газы

22. В чем состоит качественное и количественное отличие ре­ального и идеального газа?

2.22. Найти внутреннюю энергию углекислого газа, если V = 1 см³, m = 1 г, T = = 300 К.

Ответ: 44 Дж.

3.22. Найти внутреннее давление, обусловленное силами взаимо­действия молекул, заключенных в 1 кмоле газа, находящегося при нормальных условиях. Критическое давление этого газа Р_кр = 126 атм и критическая температура Т_кр = 33,6 К.

Ответ: 3510³ Н/м².

Б. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Явления ка­пиллярности и смачивания. Испарение и кипение жидкостей

22. Объясните принцип действия пузырьковой камеры.

2.22. Внутренний радиус капилляра равен 0,1 мм. Вычислить ра­боту поверхностных сил, если в качестве жидкости выбран керо­син.

Ответ: 9,210^7 Дж.

3.22. Найти изменение энтропии пленки при нагревании с 0 до 30 °С, если известно, что теплоемкость данной пленки равна С = 2,110^4 Дж/К.

Ответ: S = 2,310^4 Дж/К.

Вариант № 23.

ДАВЛЕНИЕ ГАЗА. ТЕМПЕРАТУРА И СРЕДНЯЯ ЭНЕРГИЯ

ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ.

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

1.23. Покажите, что для фотонного газа справедливо следующее соотношение: PV = 0(33)U, где U – полная энергия фотонного газа.

2.23.Сухой атмосферный воздух при нормальных условиях содержит 23,1 % О₂, 75,6 % азота и 1,3 % аргона. Определить парциальное давление каждого газа.

Ответ: = 0,21 атм;= 0,782 атм;P_ar = 0,01 атм.

3.23. Газ, состоящий из N-атомных молекул газа, имеет температуру Т, при которой у молекул возбуждены все степени свободы (поступательные, вращательные, колебательные). Найти среднюю энергию молекулы такого газа. Молекулу считать линейной.

4.23. Давление воздуха в цилиндре дизеля в начале такта сжатия равно 86 кПа, в конце такта сжатия равно 3,45 МПа, при этом температура повышается с 323 до 923 К. Определить степень сжатия. Сравнить полученный результат со степенью сжатия автомобиля ГАЗ (бензин АИ-80).

Ответ: 14.

Распределения максвелла и больцмана

1.23. Имеет ли физический смысл величина f(v)? Напишите выражение, из которого вытекает смысл данной функции.

2.23. Во сколько раз надо расширить адиабатически газ, состоящий из одноатомных молекул, чтобы их средняя квадратичная скорость уменьшилась в  = = 1,5 раза.

Ответ: 76 раз.

3.11. Смесь водорода и гелия находится при температуре 300 К. При каком значении скорости v молекул функции распределения Максвелла f(v) будут равны для данных газов?

Ответ: 1610 м/с.

4.23. Идеальный газ с молярной массой М находится в однородном поле тяжести, ускорение свободного падения в котором равно g. Найти давление газа как функцию высоты h, если при h = 0, давление Р = Р₀, а температура изменяется с высотой как Т = Т₀ (1 – аh).

Ответ: Р = Р₀ (1 – аh)ⁿ, где .

Явления переноса

22. Почему и во сколько раз теплопроводность водорода больше теплопроводности воздуха?

2.23. Найти вязкость азота, теплопроводность которого равна  = = 29,44 мВт/(мК).

Ответ:  = 2,53 мкПас.

3.23. Коэффициент диффузии и вязкость кислорода при некоторых условиях равны D = 1,2210^5 м²/с и  = 19,5 мкПас. Найти среднюю арифметическую скорость молекул кислорода.

Ответ: v = 440 м/с.